[发明专利]一种平面螺旋电磁线圈

说明书

本发明涉及一种平面螺旋电磁线圈。平面螺旋电磁线圈为层状结构，其包括衬底、介质层、石墨烯层、磁芯和绝缘层，介质层生长在衬底上，介质层包括覆盖在衬底上的底介质层和形成在底介质层上的上介质层，磁芯设置在底介质层上表面上，上介质层呈螺旋线形环绕磁芯向外延伸扩展，石墨烯层沿上介质层的延伸轨迹叠置在上介质层上，上介质层与石墨烯层构成螺旋形的线圈，线圈的内端部和外端部分别与一金属电极固定连接，绝缘层覆盖在底介质层上并将磁芯、线圈以及金属电极埋在其内部，金属电极立在底介质层上，金属电极的上端部露出在绝缘层的上表面。采用石墨烯层与上介质层组成线圈结构，使得平面螺旋电磁线圈体积小、磁感应强度高。

技术领域

本发明属于电磁线圈领域，具体涉及一种平面螺旋电磁线圈。

背景技术

目前，平面螺旋线圈主要应用在电感器、射频信号收发器、变压器、滤波器、电磁阀、电磁发射器等领域中。随着科技的发展和电子产品的普及，要求设备及其器件向着小型化，微型化发展。传统的平面螺旋线圈都是采用金属制成，然而随着尺寸的减小，金属线圈出现了可靠性退化和磁场强度不够的问题，比如高电流密度时的电迁移现象、趋肤效应以及邻近效应等。为了在不改变平面螺旋线圈的结构的前提下提高金属平面螺旋线圈性能，目前的方法主要是增加金属线圈匝数，增加磁芯，选用导电率更高的金属材料或者适当增加金属层的厚度。但是这种方式很大程度上增加了制造成本，而且无法满足设备及其器件向着小型化，微型化发展的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种线圈尺寸小、磁感应强度强的平面螺旋电磁线圈。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种平面螺旋电磁线圈为层状结构。其包括衬底、介质层、石墨烯层、磁芯和绝缘层，所述介质层生长在衬底上，所述介质层包括覆盖在衬底上的底介质层和形成在底介质层上的上介质层，所述磁芯设置在底介质层上表面上，所述上介质层呈螺旋线形环绕磁芯向外延伸扩展，所述石墨烯层沿上介质层的延伸轨迹叠置在上介质层上，所述上介质层与石墨烯层构成螺旋形的线圈，所述线圈的内端部和外端部分别与一金属电极固定连接，所述绝缘层覆盖在所述底介质层上并将磁芯、线圈以及金属电极埋在其内部，所述金属电极立在底介质层上，所述金属电极的上端部露出在绝缘层的上表面。

优选的，所述衬底为半导体衬底。

优选的，所述介质层由碳化硅、蓝宝石、氮化铝、氮化镓和氧化锌中的任意一种构成。

优选的，所述石墨烯层为至少一层的层状石墨烯结构。

优选的，所述螺旋形的线圈的线宽为0.1μm-200μm，相邻线圈间的间距为0.1μm-200μm。

优选的，所述螺旋形的线圈自内向外的线宽相等或逐渐变宽/变窄。

优选的，所述螺旋形的线圈的单圈呈圆形/椭圆形/多边形。

优选的，所述磁芯为软磁磁芯，所述磁芯由铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金、铁硅合金和氧化铁中的任意一种构成。

优选的，所述金属电极至少由金、铂、铝、铜和银中的一种构成。

优选的，所述绝缘层由二氧化硅、氮化铝、氧化铝和环氧树脂中的任意一种构成

本发明的范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案等。